计算机组成原理重点总结

数值表示

原码，补码，反码，移码

• 原码：正0 负1 + 机器数 [1111 1111 , 0111 1111]
• 反码：正数为原码，负数原码取反（除符号位
• 补码：正数为原码，负数反码+1（符号不变，最后一个1右边不变，左边取反
• 移码：补码的符号位取反

浮点数转换

1. 十进制转浮点数
   1. 转2进制
   2. 规格化：=x*2^n
   3. 偏置值+阶码真值n=[阶码]移
   4. 浮点数代码为：符号位；阶码；尾数
2. 十六进制浮点数转十进制
   1. 分离符号位；阶码；尾数。
   2. 阶码真值n=[阶码]移-偏置值
   3. 规格化：=x*2^n
   4. 去规格化，换10进制

十进制数编码

• 8421码：NBCD码，D=8b3+4b2+2b1+1b0，1010~1111非法

• 2421码：D=2b3+4b2+2b1+1b0，对9自补码：取反可得到对9补码（2421表示

• 余3码：8421码+0011，无权（"1"不表示固定十进制数值），对9自补码

• 格雷码：无权

  十进制	格雷码
  0	0000
  1	0001
  2	0011
  3	0010
  4	0110
  5	1110
  6	1010
  7	1011
  8	1001
  9	1000

压缩十进制数串：

​ 8421表示，一个字节存两个符号在最后，1100正，1101负

-2648表示为

0000	0010	0110	0100	1000	1101

数据校验

码距：任意两个码字之间最少变化而二进制数

奇偶校验：检测一位错误，码距2

• 偶校验：1的个数为偶->0，1的个数为奇->1，逐位异或（相同=0，不同=1）
• 奇校验：1的个数为偶->1，1的个数为奇->0，逐位异或取反，（不存在全0
• 交叉奇偶

汉明码：校验位数K，信息位N
\[ 2^{K-1}\geq N+K+1 \]

• 校验码Pi分配到2^(i-1)上，组成新序列
• Dii位号ii=∑ [2^(P新的位号-1)]，即:被娇艳的每一位的新位号=2^(校验他的各个校验位的位号-1)之和

循环冗余 CRC：左移N-1位，对产生多项式模2运算，余数加到原数据末尾

数值机器运算

补码加减：符号位参加运算

\[ [X+Y]_{补}= [X]_{补}+[Y]_{补} \]

\[ [X-Y]_{补}= [X]_{补}+[-Y]_{补} \]

溢出检测：

1. 一个符号位：Xs=Ys=0，Ss=1正溢出；Xs=Ys=1，Ss=0负溢出
2. 进位：进位记为Cs,C1C2...Cn。C1=1，Cs=0正溢出；C1=0，Cs=1负溢出
3. 变形补码(双符号位)：Ss1Ss2=00，11无溢出；01正溢；10负溢出

带符号数移位：

1. 原码：符号位不变，正负数均以0补入
2. 补码：符号位不变
   1. 正数：以0补入
   2. 负数：左移补0，右移补1（左塞1，右塞0）

定点乘法

原码一位乘法：3个寄存器：A存部分积高位，B存被乘数，C存乘数
\[ 乘积：P=\left | X \right |+\left | Y \right | \]

\[ 符号：P_{s}=X_{s}\oplus Y_{s} \]

1. 取绝对值
2. 乘数最低位=1，+被乘数；=0，+0
3. 累加后的部分积和乘数右移一位
4. 重复2，3
5. 符号异或，右移Ny次为结果

补码一位乘法：Booth乘法

1. 补码表示（被乘数和部分积取双符号位，乘数Y取单符号位）
2. 乘数末尾增加附加位0
3. 每求一次部分积右移一次，乘数最低两位决定操作

判断位	操作
0 0	部分积+0，右移一位
0 1	部分积+[X]补，右移一位
1 0	部分积+[-X]补，右移一位
1 1	部分积+0，右移一位

补码两位乘法：

• 矫正法：按原码运算，根据结果矫正

• Booth法：
  1. 补码表示（被乘数和部分积取三符号位）
     1. 乘数Y数值位数为偶，取2符号位，n/2+1次累加，n/2次移位，最后一次不移位
     2. 乘数Y数值位数为奇，取1符号位，(n+1)/2次位移累加，最后一次位移1位
     3. 总结：都是最后留下2位
  2. 同1位

判断位	操作
0 0 0	原部分积+0，右移两位
0 0 1	原部分积+[X]补，右移两位
0 1 0	原部分积+[X]补，右移两位
0 1 1	原部分积+2[X]补，右移两位
1 0 0	原部分积+2[-X]补，右移两位
1 0 1	原部分积+[-X]补，右移两位
1 1 0	原部分积+[-X]补，右移两位
1 1 1	原部分积+0，右移两位

定点除法

原码加减交替法：2符号位，3个寄存器，A存被除数，B存除数，C存商

1. 求|X|，|Y|，[|Y|]变补；A=|X|，B=|Y|，C=0，CR=0
   
2. A=A-B（+[|Y|]变补）
3. 1. A>=0正：Cn=1，A和C一起左移 1 位，A=A+B
   2. A<0负：Cn=0，A和C一起左移 1 位，A=A-B
4. CR++
5. 1. CR != n：回到3
   2. CR == n：
      1. A>=0正：Cn=1
      2. A<0负：Cn=0，A=A+B（+|Y|）

补码加减交替法：2符号位，同上，以下[]均为补码

1. 求[X]补，[Y]补，[-Y]补；A=[X]，B=[Y]，C=0，CR=0
   
2. 1. AB同号：A=A-B= [X] + [-Y]（同号-B，异号+B
   2. AB异号：A=A+B= [X] + [Y]
3. 1. AB同号：Cn=1，A和C一起左移 1 位，A=A-B（同号-B，异号+B
   2. AB异号：Cn=0，A和C一起左移 1 位，A=A+B
4. CR++
5. 1. CR != n：回到3
   2. CR == n：末位置1，Cn=1

考纲

简答

1. 寻址方式

   答：寄存器寻址，立即寻址，直接寻址，间接寻址，相对寻址，基础寻址，变址寻址

   寄存器：位置:指定的寄存器。方法:地址码部分给出某个通用寄存器的编号，这个指定的寄存器中存放着操作数。

   立即：位置:地址码字段。方法:只要取出指令就取出了可以立即使用的操作数。

   直接：位置:主存储器。方法:指令中地址码字段给出的地址A就是操作数的有效地址。

   间接：位置:主存储器。方法:按指令的地址码字段先从主存中取出操作数的有效地址。

   变址：位置:主存储器。方法:变址寄存器中的内容与指令中给出的形式地址A相加，形成操作数有效地址。

   基址：位置:主存储器。方法:基址寄存器的内容与指令中给出的位移量; D相加，形成操作数有效地址。

   相对：位置:主存储器。方法:由程序计数器PC提供基准地址，指令中的地址码字段作为位移量D,两者相加后得到操作数的有效地址

2. cache或虚拟存储器的地址映射方式

   直接映射，全相联映射，组相联映射

   1. 直接映射：
      • 特点：主存中每一个块只能被放置到Cache中唯一的一个指定位置，若这个位置已有内容，产生块冲突，原来的块将无条件被替换出去。
      • 优点:成本低，易实现，地址变换速度快
      • 缺点：不够灵活，Cache的块冲突概率最高，空间利用率最低
   2. 全相联映射：
      • 特点：让主存中任何一个块均可以装入到Cache中任何一个块的位置上。
      • 优点：方式灵活，Cache的块冲突概率最低、空间利用率最高
      • 缺点:地址变换速度慢，成本高
   3. 组相联映射：
      • 特点：将Cache分成若干组，主存中的块直接映像装入Cache中对应组内的任何一块位置上(组间采取直接映射，组内采取全相联映射)
      • 优缺点介于全相联映射和直接映射的优缺点之间。
   4. cache虚拟存储器异同
      • 同：都需要对地址或标记进行判断。当Cache或主存已满都要使用替换算法。
      • 异：Cache的容量小，保存的信息只是主存中最急需执行的若干块的副本。虚拟存储器将主存或辅存的地址空间统一编址，形成一个庞大的存储空间。在这个大空间里，用户可以自由编程。虚拟存储器是利用辅助硬件找出虚地址和实地址之间的对应关系，并判断这个虚地址指示的存储单元内容是否已装入主存。Cache是用主存地址的块号字段访问Cache标记，并将取出的标记和主存地址的标记字段相比较。若相等，说明访问Cache有效，称Cache命中，若不相等，说明访问Cache无效，称Cache不命中或失效。虚拟存储器的判断是如果已在主存中，则通过地址变换，CPU 可直接访问主存的实际单元;如果不在主存中，则把包含这个字的一页或一个程序段调入主存后再由CPU访问。

3. 汉字国标码，区位码，机内码，字型码区别与联系

   国标码是一个四位十六进制数，区位码是一一个四位的十进制数，每个国标码或区位码都对应着一个唯一的汉字或符号，但因为十六进制数很少用到，所以常用的是区位码，汉字或字符在计算机内部的表示就是机内码

   国标码是汉字信息交换的标准编码，但因其前后字节的最高位为0，与ASCII码发生冲突，因此不方便在计算机中直接使用。汉字的机内码采用变形国标码

   汉字字型码用于汉字在显示屏或打印机输出

计算

1. 定点数算术运算

2. 浮点数算术运算

3. 磁介质存储器性能参数计算

   • \[ 数据传输率=\frac{每一道的容量}{旋转一圈的时间}(b/s) \]

   • \[ 平均存取时间 T_{a}\approx \frac{0+道间移动时间\times (每一面磁道数-1)}{2} \]

   • \[ 非格式化容量=最大位密度\times 最内圈磁道周长\times 总磁道数 \]

   • \[ 格式化容量=每道扇区数\times 扇区容量\times 总磁道数 \]

4. 显示器有关参数计算

   • \[ 视频带宽=水平分辨率\times垂直分辨率\times场频\times1.344 \]

     1. 字符显示器：

        1. \[ 字符窗口=(x+x_{字距})\times (y+y_{行距}) \]

        2. \[ 缓存容量(字节)=行数\times 每行字符数 \]

     2. CRT显示器：

        1. \[ 缓存容量=一帧内字符量 \]

        2. \[ 字符发生器容量(ROM)=可显示ASCII字符种类数\times 8(B) \]

        3. 缓存采用随机存储器，存放的是字符的ASCII码

        4. 缓存地址与屏幕位置：屏幕显示位置自左至右，从上到下，相应的缓存地址由低到高，每个地址码对应一个字符现实位置。屏幕坐标(X,Y)，则缓存地址=(X*80+Y)

        5. 字符点阵存放在字库中，根据字符的ASCII码逐行读出点阵显示。

        6. 计数器

           1. 点：横向间隔+字间间隔
           2. 字：一行x个字符显示+水平回扫折合
           3. 行：纵向间隔+排间间隔
           4. 排：y列字符+垂直回扫这和

        7. 图形显示器需将Q每个像素的信息都存放在VRAM 中,而字符显示器只需将要显示的ASCII码存放在VRAM中，字符的点阵来自字符发生器ROM

5. 总线有关参数计算

   \[ 总线带宽B=数据总线宽度W\times \frac{总线时钟频率F}{完成一次数据传送所用的时钟周期数N} \]

   \[ 例题考法：B= \frac {总线宽度(位)} {8(位/字节)} \times 工作频率 = 一个时钟周期传送的字节数(字节)\times 频率 \]

   • 带宽的影响因素有：
     1. 总线宽度
     2. 传送距离
     3. 总线发送和接收电路工作频率限制
     4. 数据传送形式

设计

1. 存储器设计（选片，字位扩展

   • 位扩展：64k X 1 → 64k X 8
   • 字扩展：16k X 8 → 64k X 8
2. 微程序 或 微操作序列设计

3. 中断优先级设置及响应